Fano-Resonant, Asymmetric, Metamaterial-Assisted Tweezers for Single Nanoparticle Trapping

俘获 光学镊子 镊子 材料科学 等离子体子 共振(粒子物理) 光电子学 激光器 诺共振 表面等离子共振 纳米颗粒 纳米光子学 光学 纳米技术 原子物理学 物理 生态学 生物
作者
Domna G. Kotsifaki,Viet Giang Truong,Síle Nic Chormaic
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:20 (5): 3388-3395 被引量:28
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.0c00300
摘要

Plasmonic nanostructures can overcome Abbe's diffraction limit to generate strong gradient fields, enabling efficient optical trapping of nano-sized particles. However, it remains challenging to achieve stable trapping with low incident laser intensity. Here, we demonstrate a Fano resonance-assisted plasmonic optical tweezers (FAPOT), for single nanoparticle trapping in an array of asymmetrical split nano-apertures, milled on a 50 nm gold thin film. Stable trapping is achieved by tuning the trapping wavelength and varying the incident trapping laser intensity. A very large normalized trap stiffness of 8.65 fN/nm/mW for 20 nm polystyrene particles at a near-resonance trapping wavelength of 930 nm was achieved. We show that trap stiffness on resonance is enhanced by a factor of 63 compared to off-resonance conditions. This can be attributed to the ultra-small mode volume, which enables large near-field strengths and a cavity Purcell effect contribution. These results should facilitate strong trapping with low incident trapping laser intensity, thereby providing new options for studying transition paths of single molecules, such as proteins, DNA, or viruses.

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